Первый закон термодинамики

И ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИЕ ПРОЦЕССЫ

ПЕРВЫЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ

Закон сохранения и превращения энергии указывает, что энергия не исчезает и не возникает, она лишь переходит из одного вида в другой в строго эквивалентных количествах. Важно подчеркнуть, что закон сохранения и превращения энергии утверждает не сохранение энергии вообще, а ее сохранение при превращениях из одной формы в другую.

Первый закон термодинамики представляет собой частный случай закона сохранения и превращения энергии в приложении к тепловым процессам в термодинамических системах. Из первого закона термодинамики следует, что если система (тело) является изолированной, т.е. она не обменивается энергией с окружающей средой, то ее внутренняя энергия не изменяется. Иначе говоря, внутренняя энергия изолированной системы постоянна. Изменение энергии системы (тела) возможно лишь при энергообмене с окружающей средой, т.е., при подводе (или отводе) к термодинамической системе теплоты или работы.

Изменение энергии системы приводит к изменению ее состояния. Следовательно, каждому состоянию системы соответствует вполне определенная величина внутренней энергии. Таким образом, внутренняя энергия системы является однозначной функцией ее состояния.

Рассмотрим подвод теплоты Q к рабочему телу, находящемуся в цилиндре с поршнем (рис. 2.1). Рабочее тело при расширении перемещает поршень из положения 1 в положение 2 и совершает работу L против внешних сил. Полный обмен энергией между рабочим телом и окружающей средой равен Q – L, а вся энергия равна изменению внутренней энергии рабочего тела:

Q – L = Δ U,

или

Q = Δ U + L, (2.1)

где Δ U = U ₂ – U ₁; U ₁ и U ₂ – величина внутренней энергии рабочего тела в начальном и конечном состояниях.

Соотношение (2.1) представляет собой математическое выражение первого закона термодинамики в общей форме. Из него следует, что если в каком-либо процессе тело получает (или отдает) теплоту Q, совершает работу L с изменением внутренней энергии на величину Δ U, то алгебраическая сумма этих величин должна равняться нулю. Если в уравнении (2.1) все величины отнести к 1 кг массы рабочего тела, то получим следующее уравнение:

q = Δ u + l, (2.2)

или в дифференциальной форме:

dq = du + dl. (2.3)

В курсе общей физики математическая запись уравнения (2.3) используется в следующем виде:

δq = dU + δl.

Дата добавления: 2014-12-27